客户论文发表 | 具有抗菌、清除活性氧和成骨作用的微环境响应型金属-酚纳米酶释放平台

文献信息
南昌大学附属口腔医院、南昌大学转化医学研究所生物工程药物与技术国家工程技术研究中心、南昌大学化学化工学院等单位的研究成果“Microenvironment-Responsive Metal-Phenolic Nanozyme Release Platform with Antibacterial, ROS Scavenging, and Osteogenesis for Periodontitis”(具有抗菌、清除活性氧和成骨作用的微环境响应型金属-酚纳米酶释放平台)在杂志《ACS NANO》(IF:18.027)上发表。平生公司离活一体CT(NEMO)在论文中提供了重要的大鼠上颌磨牙图像和定量分析。 

该研究的通讯作者为王小磊教授、廖岚教授、刘雪霞博士，第一作者是许莹莹。
 

文献摘要
牙周炎是牙菌斑引起的慢性炎症性疾病，其特征是活性氧(ROS)、基质金属蛋白酶(MMP)等物质过度积累，导致牙周组织受到破坏。目前主要的治疗方式，如局部机械清创和抗生素输送，不仅难以有效解决难治性细菌生物膜，而且难以改善过度的炎症反应和再生受损的牙周组织。在此，作者提出了由铜基纳米酶(铜单宁酸配位纳米片，CuTA NSs)和triglycerol monostearate/2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol(TM/BHT)水凝胶自组装形成的TM/BHT/CuTA水凝胶体系。带负电荷的TM/BHT/CuTA可以通过静电吸附和水解的方式保留在带正电荷的炎症部位，以响应牙周炎MMP的增加，实现CuTA纳米酶的按需释放。释放的CuTA纳米酶具有抗菌和抗菌斑特性。同时，作为一种金属酚类纳米酶，它可以通过模拟超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的级联过程来清除多种ROS。此外，CuTA纳米酶可通过Nrf2/NF-κB通路调节巨噬细胞由M1表型向M2表型的极化，使促炎细胞因子减少，抗炎细胞因子增加，依次促进成骨基因的表达，从而缓解牙周炎的炎症，加速组织再生。总之，这种多功能纳米酶按需释放平台(TM/BHT/CuTA)为治疗牙周炎提供了一种理想的策略。

实验方法
TM/BHT/CuTA治疗牙周炎的综合疗效观察。
为了评估TM/BHT/CuTA对牙周炎的综合治疗效果，作者建立了典型的大鼠细菌性牙周炎模型。适应性饲养1周后，选取雄性SD大鼠20只(6周龄，150~200g)，随机分为无治疗组(Ctrl)、牙周炎+PBS (PBS)、牙周炎+TM/BHT(TM/BHT)或牙周炎+TM/BHT/CuTA(TM/BHT/CuTA)4组。用4-0丝线结扎大鼠双侧上颌第二磨牙(M2)，同时注射P.gingivalis(10⁹ CUFs/mL, 500μL)，每天1次，同时注射高糖饮用水(100g/L葡萄糖)。10d后，每周1次在牙周袋内注射200μL PBS、TM/BHT、TM/BHT/CuTA水凝胶(200μg/mL)。4周后，处死大鼠,取上颌牙，进行微计算机断层扫描(Micro-CT)、苏木精伊红(H&E)染色、免疫组织化学染色和Masson染色。为了进行Micro-CT分析，样品使用Micro-CT(NEMO NMC-200,平生医疗科技有限公司)进行扫描。采用三维重建技术(AVATAR 1.7.0, 平生医疗科技有限公司)测量牙槽骨嵴(ABC)与牙釉质粘接处(CEJ)之间的垂直距离，以及每组织体积骨体积(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)等骨参数。

实验结果
TM/BHT/CuTA治疗牙周炎的综合疗效观察。
通过结扎和牙龈假单胞菌注射建立大鼠经典细菌性牙周炎模型，评价TM/BHT/CuTA水凝胶支持新组织沉积的效能(图6A)。采用显微计算机断层扫描(Micro-CT)分析和组织学染色评价治疗效果。通过三维重建，将牙槽骨嵴(ABC)与牙骨质接合处(CEJ)之间的垂直距离视为治疗指标。如图6B和6C所示，PBS组与Ctrl组相比，ABC与CEJ之间的距离最长，可见明显的牙槽骨丢失。同时，PBS组每组织体积骨体积(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数(Tb.N)减少，骨小梁分离(Tb.Sp)增加，均证明牙周炎模型建立成功(图6D−G)。与PBS组相比，TM/BHT/CuTA水凝胶可使上述指标(BV/TV、Tb.Th和Tb. N)最大化，并减小ABC与CEJ之间的距离以及Tb.Sp的值,表明TM/BHT/CuTA水凝胶具有促进骨生成的作用。
 

图6.TM/BHT/CuTA综合治疗牙周炎疗效观察。(A) P. gingivalis诱导的牙周炎模型建立示意图。(B)不同处理的上颌磨牙的Micro-CT三维重建及颊腭切面图像。红线表示ABC与CEJ之间的距离(比例尺=1mm)。(C) ABC与CEJ之间距离的定量评价。(D−G)牙槽骨各参数的定量统计。(H)牙周组织Masson染色图像。(1)牙周组织H&E染色图像。箭头表示牙周组织中的炎症细胞(黑色刻度条=500μm，白色刻度条=100μm)。数据为平均值±标准差。

文献结论
综上所述，作者提出了具有抗菌、抗氧化、抗炎和成骨功能的TM/BHT/CuTA可注射水凝胶用于牙周炎的治疗。利用水凝胶中的酶-不稳定酯链，该平台可以根据牙周炎的MMP增加进行水解，实现CuTA纳米酶的按需释放。所释放的CuTA纳米酶具有广谱抗菌性能，具有良好的生物相容性。同时，CuTA可以通过模拟SOD和CAT级联过程清除多种ROS，对抗氧化应激。值得注意的是，它可以通过调控Nrf2/NF-κB通路，进一步将M1巨噬细胞转化为M2巨噬细胞，从而降低促炎因子，上调抗炎因子和成骨基因的表达，进一步促进牙周组织再生。综上所述，这种具有多种功能的按需活性氧清除纳米平台有望治疗牙周炎和各种氧化还原代谢失衡的疾病，如关节炎、胃肠道疾病等。

使用设备

Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)
 影像软件：Avatar（平生医疗科技）